極超新星、ガンマ線バーストにおける磁気回転爆発、及び元素合成

超新星、伽马射线暴中的磁旋转爆炸和核合成

基本信息

批准号：
09J07061
负责人：
黒田仰生
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J07061/
关键词：
重力崩壊型超新星重力波 CRMHD MHD GRMHD

项目摘要

極超新星爆発、及びガンマ線バーストにおける磁場と回転が及ぼす影響を調べる為に、数値計算コードの開発、またそれを使った大質量星の重力崩壊の数値計算を行った。数値コード開発においては、本質的に重要な役割を果たす強重力場を正しく記述する為に一般相対論の効果に着目した数値コードの開発、及び計算を行ってきた。その結果、我々の研究目的に特化した開発を行う事ができた。具体的には回転に伴う流体不安定性の役割を調べる為に3次元の一般相対論磁気流体コードを開発した。その際高解像度と計算時間短縮を図る為にAdaptive Mesh Refinement(AMR)を取り入れた事が我々のコードの特徴である。3次元でのAMR一般相対論磁気流体コードは世界でも我々を含め,2グループ程である。作成したコードを用いた実際の大質量星の重力崩壊計算においては、重力崩壊に伴い放出される重力波波形に関しての研究等を一般相対論計算により行った。この研究では、特に磁場の影響を調べる為に強磁場と、弱磁場モデルの比較を行った。その結果、重力崩壊直後の初期段階においての磁場の重力波への顕著な影響は確認できなかった。これは、3次元計算により大規模な非軸対称性が発達し、磁気駆動型アウトフロー形成が妨げられた結果、重力波波形における磁場の影響が小さくなったと考えられる。しかし、その非軸対称性の特異な信号は放出された重力波波形中に見られた。非軸対称性を作る回転不安定性の中でも特にSpiral Standing Accretion Shock Instabilityが発達した事で、重力波のピーク振動数が時間と供に低振動数帯へと移行する事がわかった。このような現象は過去には報告されていないので、今後の重力波観測の際の有用な指標となると考えている。

为了研究磁场和旋转对超新星爆炸和伽马射线爆发的影响，我们开发了数值计算代码，并用它对大质量恒星的引力塌缩进行数值计算。在数值代码的开发过程中，我们着眼于广义相对论的影响，以便正确描述起着本质重要作用的强引力场，并进行了计算。结果，我们能够开发出一些特定于我们研究目的的东西。具体来说，我们开发了三维广义相对论磁流体动力学代码来研究与旋转相关的流体不稳定性的作用。我们代码的一个特点是我们结合了自适应网格细化（AMR）来实现高分辨率并缩短计算时间。世界上大约有两个小组，包括我们的小组，开发了三维 AMR 广义相对论磁流体动力学代码。在使用创建的代码计算大质量恒星的实际引力塌缩时，我们使用广义相对论计算对引力塌缩期间发出的引力波波形进行了研究。在这项研究中，我们比较了强磁场和弱磁场模型，以专门检查磁场的影响。结果表明，在引力坍缩后的初始阶段，磁场对引力波没有显着影响。这被认为是由于三维计算中大规模非轴对称性的发展，阻碍了磁驱动流出的形成，减少了磁场对引力波波形的影响。然而，在发射的引力波波形中看到了其非轴对称性质的特殊信号。在产生非轴对称性的旋转不稳定性中，人们发现，由于螺旋立吸积激波不稳定性的发展，引力波的峰值频率随着时间的推移转移到较低的频带。由于这种现象过去没有被报道过，我们相信这将成为未来引力波观测的有用指标。